Đo lường 3D bề mặt sử dụng kỹ thuật Holography và phương pháp biến đổi Fourier
106 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.98.2024.132-138Từ khóa:
Đo lường 3D; Kỹ thuật Holography; Biến đổi Fourier.Tóm tắt
Kỹ thuật Holography có vai trò quan trọng trong lĩnh vực đo lường 3D bề mặt nhờ vào khả năng cung cấp đồng thời thông tin về cường độ và pha của bề mặt được đo với một ảnh chụp duy nhất. Trong bài báo này, phương pháp tính toán và thực nghiệm tái tạo bề mặt 3D của mẫu nhám sử dụng kỹ thuật Holography được đề xuất. So với giao thoa ánh sáng trắng, phương pháp được đề xuất có tính ổn định cao do không sử dụng vi dịch chuyển, tốc độ đo nhanh và thông tin bề mặt được trích xuất bằng một khung hình duy nhất và độ phân giải dọc trục đạt cấp độ nanomet. Biến đổi Fourier kết hợp với các kỹ thuật lọc nhiễu được sử dụng để nâng cao độ chính xác của phép đo 3D bề mặt. Bề mặt nhám Ra = 0,2943 µm được xây dựng thành công bằng phương pháp đề xuất với sai lệch ± 8 nm với hệ số phủ bằng 3 so với phép đo trên thiết bị giao thoa ánh sáng trắng. Nghiên cứu này có thể ứng dụng đo kiểm 3D bề mặt có độ chính xác cao, các linh kiện quang học, các cấu trúc vi cơ điện tử.
Tài liệu tham khảo
[1]. B. Dong, Y. Ma, Z. Ren, and C. Lee, “Recent progress in nanoplasmonics-based integrated optical micro/nano-systems” J. Phys. Appl. Phys, Vol. 53, No. 21, pp. 213001, (2020).
[2]. T. Namazu, “Mechanical Property Measurement of Micro/Nanoscale Materials for MEMS: A Review” IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, Vol. 18, No. 3, pp. 308–324, (2023).
[3]. Y. Li and M. Hong, “Parallel Laser Micro/Nano-Processing for Functional Device Fabrication,” Laser & Photonics Reviews, Vol. 14, No. 3, pp. 1900062, (2020).
[4]. A. G. Marrugo, F. Gao, S. Zhang, “State-of-the-art active optical techniques for three dimensional surface metrology: a review”. Journal of the Optical Society of America A. Vol. 37, No. 9, (2020).
[5]. Maged Aboali, Nurulfajar Abd Manap, Abd Majid Darsono, and Zulkalnain Mohd Yusof, “Review on Three Dimensional (3-D) Acquisition and Range Imaging Techniques”, International Journal of Applied Engineering Research, Vol. 12, Number 10, pp. 2409-2421, (2017).
[6]. Akhtar et al., “Three-dimensional atomic force microscopy for ultra-high-aspect-ratio imaging,” Applied Surface Science, Vol. 469, pp. 582–592, (2019).
[7]. B. Voigtländer, “Atomic Force Microscopy”, NanoScience and Technology. Cham: Springer International Publishing, (2019).
[8]. D. Lange, H. Jennings, and S. Shah, “Analysis of Surface Roughness Using Confocal Microscopy” Journal of Materials Science, Vol. 28, pp. 3879–3884, (1993).
[9]. X. Teng, F. Li, and C. Lu, “Visualization of materials using the confocal laser scanning microscopy technique,” Chem. Soc. Rev., Vol. 49, No. 8, pp. 2408–2425, (2020).
[10]. D. Elliott, “Confocal Microscopy: Principles and Modern Practices,” Current Protocols in Cytometry, Vol. 92, No. 1, pp. 68, (2020).
[11]. Y. Huang, J. Gao, L. Zhang, H. Deng, and X. Chen, “Fast template matching method in white-light scanning interferometry for 3D micro-profile measurement,” Appl. Opt., AO, Vol. 59, No. 4, pp. 1082–1091, (2020).
[12]. Q. Vo, F. Fang, X. Zhang, and H. Gao, “Surface recovery algorithm in white light interferometry based on combined white light phase shifting and fast Fourier transform algorithms,” Appl. Opt., AO, Vol. 56, No. 29, pp. 8174–8185, (2017).
[13]. Gabor, D, “A new microscopic principle”. Nature, Vol 161, pp. 777–778, (1948).
[14]. Viktor Petrov, Anastsiya Pogoda, Vladimir Sementin, Alexander Sevryugin, Egor Shalymov, Dmitrii Venediktov and Vladimir Venediktov, “Review Advances in Digital Holographic Interferometry”, Imaging, Vol. 8, pp. 196, (2022).
[15]. P. Hariharan, “Basics of Holography”, Cambridge University Press, Cambridge, pp.6, (2002).
[16]. Sina Baya, Mustapha Bahich, and Lahsen Boulmane, "Comparative study of phase retrieval algorithms for surface shape measurement by optical profilometry," Opt. Continuum, Vol. 3, pp. 859-870, (2024).
[17]. Y. Liu, Z. Wang, J. Li, J. Gao, and J. Huang, “Phase based method for location of the centers of side bands in spatial frequency domain in off-axis digital holographic microcopy,” Optics and Lasers in Engineering, Vol. 86, pp. 115–124, (2016).
[18]. Y. Liu, Z. Wang, and J. Huang, “Recent Progress on Aberration Compensation and Coherent Noise Suppression in Digital Holography,” Applied Sciences, Vol. 8, No. 3, (2018).
[19]. U. Schnars and W. Juptner, “Digital Holography”, Springer, p. 47-48, (2005).
[20]. E. Cuche, F. Bevilacqua, and C. Depeursinge, “Digital holography for quantitative phase-contrast imaging,” Opt. Lett. Vol. 24, p. 291–293, (1999).
[21]. Su and W. Chen, “Reliability-guided phase unwrapping algorithm: a review,” Optics and Lasers in Engineering, Vol. 42, No. 3, pp. 245–261, (2004).
[22]. E. Cuche, P. Marquet, and C. Depeursinge, “Simultaneous amplitude-contrast and quantitative phase-contrast microscopy by numerical reconstruction of Fresnel off-axis holograms”, App.Opt. 38, (1999).
[23]. Myung K Kim, “Principles and techniques of digital holographic microscopy”, Journal of Photonics for Energy 1(1):8005.
[24]. T. Kreis, “Holographic Interferometry: Principles and Methods”, Springer, p.64, (1996).
[25]. Yuanbo Deng & Daping Chu, “Coherence properties of different light sources and their effect on the image sharpness and speckle of holographic displays”, Scientific Reports, Vol. 7, 5893, (2017).
[26]. https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=10776.
[27]. Hecht, E. “Optics, 5th ed”, Pearson Education India: London, UK; pp. 398-456, (2002).
[28]. https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=14350
